汽車車門的設計方法探討

胡真遠 潘如順

摘要：現代汽車產業的迅猛發展對汽車設計也提出了更高要求。即便是車門設計也要追求性能的綜合與完善，涉及多個方面的內容。車門結構設計與優化關系到汽車的使用體驗，也影響汽車的安全與視野性，更牽涉到噪聲與密封性問題。汽車車門設計方法也遵循既定的流程。其本身較為獨立但內部結構復雜，多附件使得其設計必須追求精益求精。本文主要就汽車車車門設計進行探討，以期帶來汽車車門設計的整體優化，優化汽車使用體驗。

關鍵詞：汽車車門;設計思路;設計流程 密封

引言：車門的結構型式很多，主要旋轉門、拉門、折疊門和外擺車門，本文主要介紹旋轉車門。車門的作用是，乘員上下車時打開和關上，行駛時防止乘員掉出來，并防止乘員和車室內被風吹雨淋。車門是一個相對獨立的總成，它的設計將直接影響到安全性、視野性、方便性、密封性及噪音等方面的性能。車門的設計過程是整車開發流程中的一部分，主要分為概念設計和工程設計兩大主要階段。概念設計階段主要是根據競爭車型或經驗值制定車門的主要性能指標，再根據造型曲面的輸出、結構配置等輸入條件布置車門、繪制主要斷面;工程設計階段主要是實現概念階段所提出的要求，同時完成三維數據等細節的工作。下面討論的是車門概念設計階段的主要工作。

一、汽車車門的設計要求和結構

明確設計要求才能最確保設計方向的準確。車門設計要求體現在開度上，確保上下車的便利。體現在安全性上，行車過程中車門不會自動打開，確保人身安全。體現在開關方便上，重點是玻璃自由升降且操作簡單。體現在密封性上，車門必須足夠剛，不容易變形，行車過程中不會有過多的噪音。體現在設計工藝上。沖壓方便，附件安裝方便，外形與車身協調。

車門結構主要是車門的構成，分殼體、附件和內飾蓋板幾大部分。殼體有整體式和框架式之分，整體式車門的玻璃窗框與外板一體沖壓完成，而框架式對應的是玻璃窗框需要螺絲固定或焊接，車門殼體一般由厚度在一毫米左右的鋼板沖壓外板和內板焊接完成。外板包住內板。主要部件是內板，內板上有不同形狀的加強筋和孔洞，方便附件安裝，內飾蓋板主要是起遮蓋作用，讓車門更美化。

二、汽車車門設計的基本流程

居于核心的是車門結構設計。車門結構設計要遵循兩大原則，其一是設計硬點的確定，其二是結構主斷面的確定。車門結構設計又對應三個具體的設計模塊，其一是車門運動學的分析，其二是車門結構CAE的分析。其三是汽車車門設計四大工藝的可行性分析，三大模塊相輔相成，共同構成優化的車門設計，這是車門設計的完整流程。其中設計硬件方面。主要是對設計過程中所定義的零部件相互關系的點、線、面及結構的統稱，對應安裝硬點、運動硬點、輪廓硬點和性能硬點四類設計，硬點確定，本質上是設置調整優化的過程。設計方案的調整對應的就是部分設計硬點的調整。設計硬點的調整應避免盲目性和隨意性，需要與相關部門協商。在其他部門認可允許的情況下，進行細微的調整，主要集中于分縫線的調整、門鎖結構的調整、密封間隙的調整、玻璃升降器位置的調整等等。而主斷面是汽車某一局部典型結構的關鍵斷面，對應的是零件主要特征和相互關系，涉及到零件的尺寸、配合關系、參考標準等等。在具體的設計中，基于成熟車型的主斷面進行調整，以成熟車型主斷面設計為參考，獲得新的設計主斷面。

三、汽車車門的設計方法

（一）車門開度的設計

車門設計當中要考慮到上下車的便利性，車門的開度要根據實際的需求來設置，最核心的就是車門開啟后確保停止在最大開度上。主要通過開展上下車的便捷性測試，達到初期設計優化的目的。

（二）車門鉸鏈的設計

車體設計當中較為重要的一部分是車門鉸鏈設計，對細節設計要求較高。當車輛停止運行打開車門的時候，確保車門下邊緣處有效的規避與地面的刮擦。如果鉸鏈設計當中出現軸線外傾或前傾，會導致車門開啟過程中下沉。車門鉸鏈的軸線設計，遵循優選內斜的原則。

（三）汽車車門鎖的設計

車門鎖設計與布置中基于三角形結構穩定的原理，門鎖的位置與上下鉸鏈的位置構成穩定的三角形狀，達到車門鎖優化布置的目的。車門鎖的優化布置需要考慮到高度問題。布置在車門質心或略高于車門質心的位置上。通俗的理解就是上下兩種鉸鏈的中間地方，可以適當地向上偏移距離，進行車門鎖的優化調整。具體來說，車門鎖的布置優化需要考慮三點，為最大限度滿足所的工作要求，兼顧車內板的沖壓特性，鎖的安裝面應與Y軸方向呈四度左右的傾斜角度。其二，為延長鎖使用壽命角度切入角度設置要求鎖在關閉的瞬間，鎖鉤進入鎖扣的切入角度控制在90度左右，盡量是在90度以內。第三，考慮到玻璃的升降空間是否充分。除了玻璃，還有運動拉桿機構，鎖體上的其他配件也要合理規避玻璃運動軌跡，確保其具備合理的升降空間。

（四）限位器的布設

限位器的主要作用是對車門的開啟角度進行合理性的限制，以此提供開關門的助力，起到車門開啟及關閉速度減緩的作用，也優化了開關門的手感體驗。限位器的軸線必須與鉸鏈的軸線保持平衡，在布置上盡量選擇在上下鉸鏈中間的位置，或者是適當的向下偏移一定的距離，限位器設計主要是限位臂軌跡設計，最常用的設計方法是作圖法。

（五）汽車車門密封設計

車門作為獨立的系統，在設計當中也要考慮到汽車的整體密封性。當汽車密封性良好，乘車人員與外界會有一定程度的隔離，會減少車內的噪音，也防止門腔出現積水或滲水的情況，因此在車門密封設計師常常增設幾道密封條，加強氣密性優化，達到優化設計的目的。

四、四大工藝的具體分析

（一）沖壓可行性分析啦。

沖壓可行性分析，前提是設計完成前后對完成的鈑金件進行多次有限元分析，最大限度確保鈑金件的穩定，防止撕裂及滑移。基于具體的有限元分析結果進行改進。在確保可沖壓質量的情況下，簡化工序，控制成本。

（二）焊接的可行性分析

焊接可行性分析主要圍繞檢查相關焊接區域的面積開展，重點是查看面積是否滿足焊接基礎需求。當基礎需求無法滿足時，進行焊接工藝的改良。比如說點焊改為塞焊。

（三）涂裝的可行性分析

涂裝可行性分析，重點檢查涂裝過程中是否存在漏液及排氣孔損壞等情況，檢查排氣孔是否存在封堵的情況。漏雨和噪音的產生也是涂裝可行性分析的一大方面。做好各方面因素的綜合分析，才能創建安全的涂裝操作空間。

（四）總裝的可行性分析

配件分析到位，需要進行總裝的可行性分析，重點是安裝空間的優化，在明確具體整改方案的基礎上，不斷優化數據，進行完整細致的分析，直到生產要求最優化。

五、車門密封條壓縮變形特性設計

車門在關閉過程中，密封條受到壓縮產生變形時對擠壓面的反力作用等于其壓縮負荷。車門密封條變形量與壓縮負荷的關系稱之為壓縮變形特性，它與密封結構的可靠性和車門關閉力關系密切，是車門密封條最基本特性，是密封系統設計的重點研究內容。車門關閉時，氣流所引起的氣壓阻力和密封條的反力是影響轎車關閉力的主要因素，兩者消耗的能量基本是車門的關閉能量，其中密封條的作用比重可達30%～50%;而車門的重力、限位器、鉸鏈、門鎖的作用可以相互抵消。

結束語：汽車車門設計遵循既定的設計流程，基于具體的設計方法，本文立足于汽車車門設計，從多個維度和方向，對車門設計做了具體的闡述，無論是硬點的設計還是斷面的設計都做了具體說明。車門設計是獨立系統而綜合的工程，在具體的設計過程中，必須根據實際情況和實際的設計經驗進行調整優化，才能確保設計效果的最佳化。

參考文獻：

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